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探究生物体维持pH稳定的机制实验

2021-03-10 2页 doc 194KB 13阅读

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张ge

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探究生物体维持pH稳定的机制实验探究生物体维持pH稳定的机制实验探究生物体维持pH稳定的机制1实验目标“生物体维持pH稳定的机制”实验是新课程标准中建议的一项探究实验活动,旨在使学生能从通过比较自来水、缓冲液和生物材料在加入酸或碱后pH的变化,推测生物体是如何维持pH稳定的。通过学习,有助于学生关注自身和他人的健康问题,形成自我保健和关爱他人的意识,使学生更容易理解稳态的生理意义。2         材料用具防护手套、50ml烧杯、50ml量筒、彩色铅笔、广泛pH试纸和精密pH试纸、0.1mol/LHCL、0.1mol/LNaOH、镊子1把、表面皿、玻璃棒、...
探究生物体维持pH稳定的机制实验
探究生物体维持pH稳定的机制实验探究生物体维持pH稳定的机制1实验目标“生物体维持pH稳定的机制”实验是新课程中建议的一项探究实验活动,旨在使学生能从通过比较自来水、缓冲液和生物材料在加入酸或碱后pH的变化,推测生物体是如何维持pH稳定的。通过学习,有助于学生关注自身和他人的健康问题,形成自我保健和关爱他人的意识,使学生更容易理解稳态的生理意义。2         材料用具防护手套、50ml烧杯、50ml量筒、彩色铅笔、广泛pH试纸和精密pH试纸、0.1mol/LHCL、0.1mol/LNaOH、镊子1把、表面皿、玻璃棒、天平等。需要提前准备的实验材料有:肝匀浆、马铃薯匀浆、稀释鸡蛋清、黄瓜匀浆、PH=7磷酸缓冲液。3         探究活动提出问题:在一定范围内,生物体为什么能维持pH稳定?提示:引导学生从内环境组成成分出发,分析酸碱等代谢产物对血浆、组织液、淋巴中化学物质的影响,可就此广泛提出问题,进而提炼出比较有探究价值的问题。确定实验题目:生物体维持pH稳定的机制。做出假设:内环境中含有许多对对酸碱度起缓冲作用的物质,当机体运动产生大量酸或碱,内环境中缓冲物质就分别对应地与之反应,加以调节,可使内环境中酸碱度在一定范围内不会发生很大变化,从而维持在相对稳定的状态。实验预期:仅在某一阶段内,生物材料pH稳定;而且不同的实验材料缓冲效果不同。设计实验:首先制定探究计划,准备材料用具:分别制备肝匀浆、马铃薯匀浆、稀释鸡蛋清、黄瓜匀浆、精确的缓冲溶液。接着实施计划:先画这样一个表(附1),便于实验结果的记录。实验材料有自来水、缓冲液和任选两种生物材料,试剂有0.1mol/LHCL和0.1mol/LNaOH两种。在等量的四种材料中,分别、依次加入5滴、10滴、15滴、20滴、25滴、30滴的酸碱液滴后,测定并记录溶液的pH。待表格完成后,再通过做图,组织学生讨论后得出结论:究竟生物体是如何维持pH稳定的,并说出不同实验材料pH变化的特点。最后在班级内交流各自,比较研究结果,就发现问题进行讨论。实验操作制备实验材料.1)制备肝匀浆:将5g新鲜动物肝脏切碎,用研钵研磨成糊状,然后加入50ml蒸馏水,混匀后倒入试剂瓶中(弃渣)即可。2)制备马铃薯匀浆:将20g新鲜马铃薯切碎,用研钵研磨成糊状,然后加入60ml蒸馏水,混匀后倒入试剂瓶中(弃渣)即可。3)稀释鸡蛋清:在蛋壳两头各敲一个小孔,从一头将蛋清缓慢倒出,然后用水5:1稀释鸡蛋清后倒入试剂瓶中即可。4)制备黄瓜匀浆:将20新鲜黄瓜切碎,用研钵研磨成糊状,然后加入60ml蒸馏水,混匀后倒入试剂瓶中(弃渣)即可。5)制备pH=7磷酸缓冲液:用市场上购买的成套pH缓冲剂中的混合磷酸盐试剂配置而成。使用时剪开袋口,把内容物倒入250ml容量瓶中,加不含二氧化碳的蒸馏水至刻度,搖匀,即得精确的缓冲溶液。[需要向学生说明:缓冲溶液是外加酸碱后,pH的变化很小的溶液。它常是一种弱酸及该酸的强碱盐或一种弱碱及该碱的强酸盐(缓冲对)的混合物。]6)0.1mol/LNaOH:将4gNaOH放在1L的烧杯内,缓缓加入500mL蒸馏水,不停地搅拌直至溶解。然后定容至1000mL。7)0.1mol/LHCl:将8mL浓盐酸加于500mL蒸馏水中,再定容至1000mL。以4人为一组。在记录本中,画一个如(附1)所示的记录表。附1取1只50ml烧杯,用量筒量取并加入25ml自来水。(注意:使用量筒量液时,应把量筒放在水平的桌面上,使眼的视线和液体凹液面的最低点在同一水平面上,读取和凹面相切的刻度即可。不可用手举起量筒看刻度。量取指定体积的液体时,应先倒入接近所需体积的液体,然后改用胶头滴管滴加。)测定自来水的初始pH。取一小块试纸放在表面皿上,用沾有待测液的玻璃棒或胶头滴管滴于试纸的中部,观察颜色的变化,得出pH并作记录。(注意:试纸不可直接伸入溶液;测试溶液的pH值时,不可事先用蒸馏水润湿,这就相当于稀释了。可以先用广泛pH试纸估计pH,再用精密pH试纸测出起始的pH。)分别向烧杯中滴加0.1mol/LHCL,一次一滴,然后轻轻摇动。当加入到5滴、10滴、15滴、20滴、25滴、30滴时,分别测pH,并作记录。(注意胶头滴管的使用方法:用无名指和中指夹住滴管的颈部,用拇指和食指捏住胶头.排除胶头里面的空气后,再深入到液面下,松开大拇指和食指,将所需溶液吸入滴管内;滴加液体时,应把胶头滴管垂直移到容器上方,轻轻挤压胶头,使液体滴入试管内;最后插回滴瓶。)充分洗涤烧杯,重复上述步骤,不同的是,这次滴加的是0.1mol/LNaOH,作好记录。思考:如果实验中滴加HCL或NaOH时,多加了一滴怎么办?提示:可用酸碱中和的方法亦可重新操作。思考:如果实验过程中,有酸、碱洒落或溅出怎么办?提示:盐酸、氢氧化钠皆有腐蚀性,应避免它们与衣服、皮肤和眼睛接触,也不要入口。若有酸、碱洒落或溅出,应立即用水冲洗15min,并告诉老师提示:由于四位同学合作实验,每人可选取一种材料,同步进行。充分冲洗烧坏,用缓冲液代替自来水,重复步骤3至步骤5,记录结果。充分冲洗烧坏,用几种生物材料分别代替自来水,重复步骤3至步骤5,记录结果。待表格完成后(附2),根据所得数据,以加入酸和碱的滴数为横轴,以pH为纵轴,在坐标纸上画出各材料的pH变化曲线(附3)。不同实验材料用不同颜色加以区分。附2推出结论仅在某一阶段内,生物材料pH稳定;而且不同的实验材料对酸或碱的缓冲效果不同。对酸缓冲能力依此增加的是:自来水<黄瓜匀浆<马铃薯匀浆<肝匀浆<鸡蛋清<缓冲液;对碱缓冲能力依此增加的是:自来水<鸡蛋清<马铃薯匀浆<黄瓜匀浆<肝匀浆<缓冲液。表达与交流班级内交流各自报告,比较研究结果,就发现问题进行讨论。4课题讨论l)加入HCl或NaOH后pH的变化来说,生物材料是更像自来水还是更像缓冲液?提示:生物材料加入HCl或NaOH后pH的变化更像缓冲液。2)分析缓冲液的pH变化情况为什么与自来水的不同。提示:缓冲液加入少量酸碱后,pH变化不明显。原因是磷酸缓冲液中含有NaH2PO4/Na2HPO4,其中NaH2PO4溶液呈酸性,当加入少量NaOH时,可以中和OH-;Na2HPO4溶液呈碱性,当加入少量HCl时,可以中和H+。水溶液则不同,因而加入酸碱后,pH变化明显。3)尝试对生物材料维持pH稳定的机制进行解释。提示:生物材料中含有缓冲对NaH2PO4/Na2HPO4、H2CO3/NaHCO3等,它们能够对酸碱度的变化起缓冲作用。此外,机体还可以通过对生理活动进行调节来维持pH稳定。例如,当机体剧烈运动时,肌肉中会产生大量的乳酸和碳酸。乳酸进入血液后,可与血液中的碳酸氢钠发生作用,生成乳酸钠和碳酸。碳酸是一种弱酸,可以分解成C02和水。血液中的C02增多会刺激呼吸中枢,使呼吸运动增强,增加通气量,从而将C02排出体外,所以对血液的pH影响不大。当乳酸钠进入血液后,与血液中的碳酸发生作用,形成碳酸氢盐,过多的碳酸氢盐可以由肾脏排出。这样由于血液中缓冲物质的调节作用,以及机体的调节作用,可以使血液的酸碱度维持相对稳定。5深化拓展1)试分析血浆对酸性物质的缓冲作用。提示:血浆和红细胞中存在着一系列抗酸和抗碱物质,这些物质形成许多缓冲对,构成一整套的缓冲系统。血浆中的主要缓冲对为:碳酸氢钠(NaHCO3)/碳酸(H2CO3)、磷酸氢二钠(Na2HPO4)/磷酸二氢钠(NaH2PO4)、蛋白质钠盐/蛋白质。当蒸馏水中加入盐酸(HCl)后,水中的H﹢浓度立即增加,pH降为3左右。但当血浆中加入盐酸(HCl)后,血浆pH并无明显变化。因为盐酸解离时所释放的H﹢已为NaH2PO4(碱性磷酸盐)所中和。以化学式表示如下:HCI+Na2HPO4NaCI+NaH2PO4这里,盐酸是一种强酸,解离程度很高,在水溶液中可解高出大量的H﹢;而中和反应形成的磷酸二氢钠则是解离程度很低的弱酸,只能释放出少量的H﹢。因此,溶液中的H﹢浓度只有微小的增加,这就是缓冲对的抗酸作用的具体表现。2)通过搜索,本实验可选用的几种较理想的实验材料。生物材料pH生物材料pH生物材料pH苹果2.9~3.3牛奶6.4~6.8虾5.8~7.0扁豆5.0~6.0柑橘3.0~4.0番茄4.1~4.4人血浆7.3~7.5豌豆5.8~6.4人尿4.8~8.4白面包5.0~6.0酸菜2.2~3.5柠檬2.2~2.5胡萝卜4.9~5.2人唾液6.0~7.6人乳汁6.6~7.6玉米5.0~6.5鲑鱼肉6.1~6.3葡萄酒2.8~3.8
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